SKU:RB-02S041 夏普GP2D12紅外測(cè)距傳感器

產(chǎn)品概述

GP2D12 IR Sensor 是日本夏普公司推出的一款性價(jià)比高、最常用的紅外測(cè)距傳感器、其可用來(lái)對(duì)物體的距離進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)輪式機(jī)器人的避障功能。它不但體積小、功耗低、價(jià)格便宜，而且測(cè)距效果好，適合廣大機(jī)器人發(fā)燒友使用。

規(guī)格參數(shù)

測(cè)量射程范圍：10 to 80 cm
最大允許角度：>40°
電源電壓：4.5 to 5.5V
平均功耗：35mA
峰值功耗：約200mA
更新頻率/周期：25Hz / 40ms
模擬輸出噪聲：<200mV
測(cè)量距離與輸出模擬電壓關(guān)系：2.4V~0.4V模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)10cm~80cm，輸出與距離成反比非線性關(guān)系

9.產(chǎn)品尺寸圖

10.模擬信號(hào)與測(cè)量距離對(duì)應(yīng)表

上圖是GP2D12紅外線測(cè)距傳感器的電壓值與距離值的關(guān)系曲線，從這個(gè)曲線可以看出，電壓輸出與距離成反比，而且是非線性關(guān)系。
根據(jù)上圖關(guān)系曲線，大約關(guān)系為10cm距離時(shí)有2.55V輸出,80cm距離時(shí)有0.42V輸出。可以通過(guò)該曲線擬合出電壓值與距離值的數(shù)學(xué)關(guān)系式，但是這個(gè)關(guān)系式里的距離是參考距離值.
實(shí)際距離值=(參考距離值-0.42)cm
另外由于Arduino的模擬量采樣命令analogRead()，采樣的數(shù)據(jù)范圍是0至1023，對(duì)應(yīng)的電壓范圍是0至5V,每格數(shù)據(jù)代表0.0049V。
所以讀取的有效數(shù)據(jù)應(yīng)該由86(0.42V)至520(2.548V)。所以最終可以推導(dǎo)出實(shí)際距離與采樣數(shù)據(jù)之間的關(guān)系式為：
實(shí)際距離=2547.8/((float)采樣數(shù)據(jù)*0.49-10.41)-0.42

11.信號(hào)輸出
ADC0831可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)輸出

12.接口定義

Vo：輸出引腳
GND:電源地
Vcc：電源正極

工作原理

通過(guò)紅外線的反射原理，從發(fā)射到接收到回傳信號(hào)，傳感器共引出三個(gè)引腳分別接，信號(hào)線S、電源地G、電源正VCC，將信號(hào)線與 Arduino 板的 Analog IN 引腳相連接。通過(guò)對(duì)Arduino編程實(shí)現(xiàn)模擬量讀取，程序簡(jiǎn)短好用。

性能簡(jiǎn)評(píng)

GP2D12使用性能個(gè)人簡(jiǎn)評(píng)：
優(yōu)點(diǎn)：

紅外傳感器連接使用簡(jiǎn)單，對(duì)于1米以內(nèi)的中距離測(cè)試精度良好、性能優(yōu)越。
數(shù)據(jù)測(cè)量值穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果波動(dòng)較小。
數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，程序讀取簡(jiǎn)單不會(huì)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象，錯(cuò)誤信號(hào)較少。

缺陷：

GP2d12測(cè)量范圍有限，最大值80cm，并且從60cm開(kāi)外的距離開(kāi)始測(cè)量值的波動(dòng)較大，與實(shí)際情況偏差增大。（60cm為室內(nèi)環(huán)境的個(gè)人感受，不同環(huán)境所產(chǎn)生的干擾不同所以可能達(dá)到的精度也有所不同。）
當(dāng)障礙物（或目標(biāo)）與紅外傳感器之間的距離小于10cm時(shí)，測(cè)量值將與實(shí)際值出現(xiàn)明顯偏差，當(dāng)距離值從10降至0的過(guò)程中，測(cè)量值將在10~35之間遞增。（電壓值與距離值關(guān)系：如圖）
紅外傳感器，使用時(shí)會(huì)受到環(huán)境光的影響，在室內(nèi)使用時(shí)，傳感器數(shù)據(jù)接收時(shí)可能會(huì)受到白熾燈光線的印象，產(chǎn)生一些非真的距離值。

GP2D12使用注意及使用優(yōu)化方式：

當(dāng)多個(gè)GP2d12同時(shí)連接Arduino板使用時(shí)，由于供電量的增加，可能造成電壓不穩(wěn)定而對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生偏差。從硬件角度可以通過(guò)在VCC與 GND之間接電容的方式來(lái)穩(wěn)定對(duì)GP2d12的供電，減少供電電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，或者在GND與數(shù)據(jù)線之間接一個(gè)電容減小輸出電壓的波動(dòng)略去可能出現(xiàn)的誤差信號(hào)，提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。（接線見(jiàn)附錄圖）
針對(duì)測(cè)量時(shí)可能產(chǎn)生的干擾和誤差數(shù)值，可能從軟件的角度進(jìn)行改進(jìn)和防止，通過(guò)多次的測(cè)量記錄，排除一場(chǎng)輸入量后，取均值來(lái)的到一個(gè)較為穩(wěn)定更為接近實(shí)際值的測(cè)量數(shù)據(jù)。其次可以根據(jù)實(shí)際的使用要求，可以進(jìn)行有效值的范圍定義，過(guò)濾超出范圍的測(cè)量結(jié)果，該范圍可根據(jù)使用情況自行界定。
針對(duì)紅外傳感器測(cè)量時(shí)，可能受環(huán)境光影響測(cè)量結(jié)果，在安放使用時(shí)竟可能避免傳感器正對(duì)燈光的使用，可以將 GP2d12的發(fā)射接收端水平放置進(jìn)行測(cè)量，盡可能減少環(huán)境光帶來(lái)的干擾。

總體來(lái)說(shuō):

GP2d12在對(duì)測(cè)量精度要求不高，測(cè)量范圍在1m以內(nèi)的情況下，對(duì)物體距離值的定位是非常簡(jiǎn)單有效地、操作簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)。

使用方法

example1_Arduino

硬件連接

將傳感器連接到UNO控制器模擬口A1上，注意對(duì)應(yīng)線序：一般情況下3P線黃色接信號(hào)，紅色接電源正，黑色接電源負(fù)

示例程序

#define pin A0
void setup () 
{
        Serial.begin (9600);
        pinMode (pin, INPUT);
}
void loop () 
{
        uint16_t value = analogRead (pin);
        uint16_t range = get_gp2d12 (value);
        Serial.println (value);
        Serial.print (range);
        Serial.println (" mm");
        Serial.println ();
        delay (500);
}

//return distance (mm)
uint16_t get_gp2d12 (uint16_t value) {
        if (value < 30)
                value = 30;
        return ((67870.0 / (value - 3.0)) - 40.0);
}

程序效果

打開(kāi) Arduino IDE 串口監(jiān)視器可以觀察到當(dāng)前傳感器測(cè)試到的距離。

example2_Arduino

硬件連接

首先將距離傳感器固定到舵機(jī)上，可以使用熱熔膠或者膠帶。然后使用一個(gè)1uf電解電容和一個(gè)22uf電解電容并聯(lián)在5V穩(wěn)壓芯片L4940V5上。將紅外距離傳感器的信號(hào)線插入0號(hào)模擬引腳。4個(gè)LED通過(guò)1KΩ電阻插入3、5、6、11引腳。最后將舵機(jī)信號(hào)線接在9號(hào)引腳上。

示例程序

#include <Servo.h>
const int SERVO  =9;   //伺服電機(jī)連接在9號(hào)引腳
const int IR     =0;   //紅外距離傳感器連接在0號(hào)模擬引腳
const int LED1   =3;   //LED輸出1
const int LED2   =5;   //LED輸出2
const int LED3   =6;   //LED 輸出3
const int LED4   =11;  //LED 輸出4

Servo myServo;     //伺服電機(jī)對(duì)象
int dist1 = 0;     //第一象限距離
int dist2 = 0;     //第二象限距離
int dist3 = 0;     //第三象限距離
int dist4 = 0;     //第四象限距離

void setup()
{
    myServo.attach(SERVO); //綁定伺服電機(jī)
    pinMode(LED1, OUTPUT); //將LED設(shè)置為輸出
    pinMode(LED2, OUTPUT); //將LED設(shè)置為輸出
    pinMode(LED3, OUTPUT); //將LED設(shè)置為輸出
    pinMode(LED4, OUTPUT); //將LED設(shè)置為輸出
}

void loop()
{
    //將伺服電機(jī)在4個(gè)區(qū)域中掃描并改變LED亮度
    dist1 = readDistance(15);     //在15°處進(jìn)行紅外測(cè)距
    analogWrite(LED1, dist1);     //調(diào)節(jié)LED亮度
    delay(300);                   //下次測(cè)量前的延時(shí)
 
    dist2 = readDistance(65);     //在65°處進(jìn)行紅外測(cè)距
    analogWrite(LED2, dist2);     //調(diào)節(jié)LED亮度
    delay(300);                   //下次測(cè)量前的延時(shí)
 
    dist3 = readDistance(115);    //在115°處進(jìn)行紅外測(cè)距
    analogWrite(LED3, dist3);     //調(diào)節(jié)LED亮度
    delay(300);                   //下次測(cè)量前的延時(shí)
 
    dist4 = readDistance(165);    //在165°處進(jìn)行紅外測(cè)距
    analogWrite(LED4, dist4);     //調(diào)節(jié)LED亮度
    delay(300);                   //下次測(cè)量前的延時(shí)
}

int readDistance(int pos)
{
    myServo.write(pos);                //轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置
    delay(600);                        //等待伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)
    int dist = analogRead(IR);         //讀取紅外傳感器
    dist = map(dist, 50, 500, 0, 255); //轉(zhuǎn)換到LED的范圍內(nèi) 
    dist = constrain(dist, 0, 255);    //約束它
    return dist;                       //返回縮放后的距離
}

程序效果

當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)給定的位置時(shí)測(cè)定距離，將其轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED的亮度值，改變LED的亮度值，將其轉(zhuǎn)向下一個(gè)位置，然后繼續(xù)，如此重復(fù)。

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產(chǎn)品資料

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